Redan idag har många kommuner i Sverige drabbats av skyfall och ett förändrande klimat indikerar att skyfall kommer bli vanligare. Översvämningar till följd av skyfall kan ge konsekvenser som skador på hus, vägar och även utgöra fara för människors hälsa. Skyfallskartering är ett verktyg som kan användas för att identifiera utsatta områden vid inträffandet av ett extremt regnförlopp. DHI har utvecklat MIKE 21 och MIKE Flood som kan användas vid skyfallsmodellering. MIKE Flood är en kopplad 1D-2D modell där ledningsnätet integreras. MIKE 21 är en 2D modell där regnets transportväg på ytan simuleras, ledningsnätet representeras av ett schablonvärde som dras bort från regnet som belastar modellen. Denna studie avser att jämföra dessa modeller för att undersöka behovet av att integrera ledningsnätet, samt utreda hur olika belastningar på ledningsnätet påverkar resultatet. Denna komparativa studie bygger på att MIKE 21 och MIKE Flood sätts upp för samma område lokaliserat i Nacka. Modelleringen resulterar i en karta som visar vattendjup och översvämningens utbredning. Resultatet visar att den största differensen mellan vattendjupen uppstår för djup mellan 0.1 till 0.3 meter. Vidare ger MIKE Flood generellt en större översvämningsutbredning än MIKE 21. Anledningen till denna skillnad är interaktionen mellan 1D och 2D modellen i MIKE Flood. Valet av schablonvärde är viktigt för MIKE 21 modellen då det har en stor påverkan på översvämningsutbredningen. Ledningsnätet betydelse minskar desto mer extrem nederbörden är. / Several municipalities in Sweden have been affected by cloudbursts and a changing climate indicates a future where these events gets more common. Cloudburst are events where extreme precipitation takes place under a short period of time. The consequences is flooding where damages to property and impede accessibility for emergency vehicles are some possible effects. Flood modelling is a way to identify vulnerable areas so that mitigations can be implemented. For example municipalities can use it when planning for new household areas and infrastructure. The Danish Hydrological Institute (DHI) has developed MIKE 21 and MIKE Flood. MIKE Flood is a coupled 1D-2D model while MIKE 21 is a 2D model. For the coupled model the storm water collection system can be integrated and represented by the model MIKE Urban. In the MIKE 21 model the collection system is represented by withdrawing a standard value from the applied rainfall. This comes with the assumption that the collection system fills up completely with the assumed capacity represented by the standard value. Since, MIKE Flood is a coupled 1D-2D model it requires more time and data to set up than the 2D model. Therefore, this study aims to compare these models in order to evaluate the impact of implementing the storm water collection system. Further, to evaluate how the division of the rain loads to each model affect the modelling results. This thesis is performed by setting up MIKE 21 and MIKE Flood for an area in Nacka. The models will be run for six scenarios, which results in a total of 12 simulations. For the scenarios two different recurrences are tested, a 100 and 50 year cloudburst event. Further, the collection system is represented with three different loads corresponding to a 5, 10 or 20 year rainfall event. The modelling results in maps containing water depths and flood extent. In order to compare the models the generated water depths and extent was compared. If the difference between the models was lower than 0.1 meter they was assumed to generate approximately the same result. In order to examine how well MIKE 21 and MIKE Flood matched in the different scenarios an index, measure of fit, was calculated. Moreover, the interaction between the 1D and 2D model was investigated for MIKE Flood. The result showed that there was a difference in flood depth and extent between MIKE 21 and MIKE Flood. Generally there were more flooded cells in MIKE Flood than in MIKE 21 for each scenario besides one. The larges difference between generated water depths was for depths between 0.1 to 0.3 meters. MIKE flood generates a bigger flood extent downstream along the collection system due to the lack of capacity in those parts of the collection system, along Vikdalsvägen the collection system seem to have the capacity to handle a 5 year load. The probable reason for the difference is the interaction between the collection system and 2D model. The collection system, MIKE Urban, enters new paths for the rain to travel that is not available in a 2D model. In areas where the capacity is reached there will be a flux from the 1D model to the 2D model and in areas whit capacity the flux can be in the opposite direction. The assumption that the collection system fills up entirely is not correct for Nacka. Further, the difference between the results from MIKE 21 and MIKE Flood increased with a higher network load. Which indicates that the importance of the storm water collection system reduces with more extreme precipitation events. That is the reason the index, measure of fit, is higher for the scenarios with a cloudburst of a 100 year return period.

Översvämningar till följd av intensiva nederbördstillfällen har de senaste åren ökat i antal och omfattning. Dessa händelser förväntas bli vanligare i framtiden och skapa fler översvämningar. Med anledning av detta är det intressant att undersöka hur översvämningar i framtiden breder ut sig och vilka vattennivåer som bildas med förväntad nederbörd. Att modellera översvämningar kräver data som i vissa fall kan vara både tidskrävande och omständig att införskaffa. Möjliga avgräsningar och antaganden i modellparametrar kan då vara intressanta att göra som fortfarande ger användbara resultat. En skyfallskartering har genomförts med 2D-hydraulisk modellering i Kumla med programvaran MIKE 21 Flow Model FM. De översvämningskartor som skapades användes för att identifiera områden i Kumla som riskerar att drabbas av höga vattennivåer till följd av skyfall motsvarande 100- och 200-årsregn. En stor osäkerhet vid modellering av översvämningar är att validera resultaten som fås fram. Ofta saknas information om tidigare översvämningar. De nederbördstillfällen som används är ofta så stora att det saknas data om liknande händelser tidigare. Vid översvämningsmodellering anväds data som beskriver olika typer av modellparametrar. Dessa kommer med ytterligare osäkerheter som kan göra valideringen problematisk. För att undersöka hur stor effekt olika modellparametrar har på resultatet genomfördes en känslighetsanalys där differenskartor skapades mellan undersökta scenarion och referenskartor. Skyfallskarteringen visade att stora delar i Kumla drabbas av översvämningar för både ett 100- och 200-årsregn. Området Kumlaby identifierades som känsligt och får höga vattennivåer. Detta beror mest troligt på omgivningens topografi och att Kumlaby underlagras av leror med låg infiltrationskapacitet. I känslighetsanalysen identifierades markens råhet och infiltrationskapacitet vara styrande parametrar för översvämningens utbredning och vattennivåer. Dessa påverkar främst hur höga vattenflöden som uppstår och översvämningens utbredningen och vattennivåer. Kunskap om dessa parametrar är viktigt för att undvika över- eller underskattning av en översvämning. Användningen av avrinningskoefficienter istället för markens råhet, infiltrationskapacitet och evaporation undersöktes. Differensen i översvämningens utbredning och vattennivåer blev stor i och utanför Kumla tätort. På mindre områden kan det vara mer lämpligt att använda en avrinningskoefficient när en mer detaljerad klassning kan göras av de markytor som finns. Ett scenario som undersöktes i känslighetsanalysen var installation av gröna tak på alla byggnader i Kumla. Simuleringarna som genomfördes visade att både utbredningen och vattennivåer minskade. Detta till följd av större lagringskapacitet och motstånd mot vattenflöden som kommer med gröna tak. / Urban floods caused by intense rainfall have occurred more frequently the last couple of years. These rainfall events are expected to become more common in the future and create more floods in urban areas. This makes it important to investigate the extent and water levels from urban floods in the future. In order to simulate floods, different types of data is needed. This data can be both time consuming and difficult to obtain. With this in mind, it is interesting to investigate possible simplifications and assumptions of model parameters. A cloud burst mapping was made with 2D hydraulic modelling in Kumla with the software MIKE 21 Flow Model FM. The flood maps created were used to identify areas in Kumla which have a higher risk of being subject to high water levels. One uncertainty while modelling urban floods is the process of validating the results. There is often a lack of data for the used rainfall events or information from previous floods in the area. In flood modelling data is used which describes different model parameters, these comes with additional uncertainties and can make the validation more difficult. A sensitivity analysis was made to be able to examine effects on the results from variations in model parameters. The cloud burst mapping showed that large parts of Kumla will be affected by water levels which goes up to 1 m. The area Kumlaby was identified as being sensitive for high water levels. This is due to placement of Kumlaby below higher ground which causes water to flow toward Kumlaby. The ground below is mostly made up of clay which has low infiltration capacity. In the sensitivity analysis the bed resistance and infiltration capacity were identified as governing parameters regarding the extent and water levels of urban floods. In order to avoid over- or underestimation of floods it is important to have knowledge about these parameters in the model area. The use of a runoff coefficient instead of bed resistance, infiltration and evaporation were examined. The difference of the resulting flood were large in the whole model area. In smaller areas a runoff coefficient could be used with better results when a more detailed description can be made of the surfaces in the area. A scenario where green roofs were assumed to have been installed on all buildings in Kumla were examined. The simulations showed that both the extent and water levels decreased. This due to the fact that green roofs have a capacity to store water and delay flows of water.

När klimatet i Sverige blir varmare ökar både förekomsten och omfattningen av intensiva skyfall. Dessa kan leda till stora konsekvenser lokalt för drabbade samhällen. Omfattande översvämningar, skadade fastigheter, erosionsskador och hindrad framkomlighet är några av de potentiella följderna. Ett första steg för att öka beredskapen för skyfall är att göra en skyfallskartering där ett nederbördstillfälle med skyfallskaraktär läggs in i en hydraulisk modell över ett område. Modellen visar sedan områden som riskerar att drabbas av översvämningar samt vilken väg som ytavrinningen tar under förloppet. I detta arbete har en sådan modell gjorts över Sala stad. Skyfallsmodellen skapades i programmet HEC-RAS och för att simulera infiltrationen användes metoden SCS curve number. SCS curve number metoden uppskattar infiltration baserat på markanvändning och jordart. Typregnet valdes till 100 års återkomsttid och modellerades som ett CDS-regn med varaktighet sex timmar och klimatfaktor 1,3. Ett avdrag på nederbördsmängden gjordes även för dagvattennätets kapacitet. Resultatet blev att flertalet områden i Sala kan drabbas av potentiellt stora vattendjup. De största problemområdena identifierades till bebyggelsen mellan Ringgatan och Östra Tulegatan söder om centrala Sala samt området kring Pråmån uppströms Jakob Mats kvarn. Då infiltrationsmetoden SCS curve number är baserad på empiriska data gjordes en känslighetsanalys på infiltrationsparametrarna. Det som undersöktes var påverkan på total andel infiltrerad nederbörd och översvämningarnas utbredning. Tre olika scenarion baserat på osäkerheten i curve number-talet användes samt ett scenario utan infiltration i modellen. Skillnaden i total översvämmad yta med ett djup större än 0,1 m mellan scenariot med högst infiltration och scenariot med lägst infiltration var i modellen totalt 9,1 procentenheter. I det scenario där ingen infiltration modellerades drabbades flertalet nya fastigheter och infrastruktur av översvämning vilket visar på infiltrationens betydelse för riskbedömningen vid en skyfallskartering. Totalt infiltrerade 30 % av nederbörden i modellen vid scenariot med lägst infiltration, 49 % av nederbörden vid scenariot med direkta litteraturvärden för curve number- talet och 66 % av nederbörden i scenariot med högst infiltration. Eftersom infiltrationen mellan scenarierna til hög grad berodde på hur jordarterna klassades i modellen är det dock svårt att dra en generell slutsats om vilket infiltrationsscenario som är bäst lämpat att använda vid skyfall. / As the climate becomes warmer in Sweden the frequency and extent of cloudbursts are expected to rise. When these rain events occurs in populated areas the consequences can be severe for the local community with extensive flooding leading to for example damaged properties, erosion and obstructions of traffic. One step to increase the awareness of these risks is to do a cloudbust mapping were a rain with cloudburst extent is modelled hydraulically. Areas that are at risk of flooding during the rain event and flow paths for the surface runoff can be assessed from the model. In this thesis such a model was created for the town of Sala. The cloudbust model was made using the software HEC-RAS and to simulate infiltration the method SCS curve number was implemented. The rain event was modeled as a Chicago design storm with a return period of 100 years, total duration of six hours and a climate factor of 1,3. The results were that several areas in Sala were at risk of flooding. Two main areas with risk of major flooding extents were located to just south of central Sala between Ringgatan and Östra Tulegatan and adjacent to Pråmån upstream of Jakob Mats kvarn. Because of uncertainties in the SCS curve number model and due to the fact that it is based on empirical data a sensitivity analysis was also done on the infiltration parameters. For the sensitivity analysis four different scenarios were used. One scenario had no modeled infiltration and the three other scenarios were based of error estimations of the curve number parameter called antecedent runoff conditions. The difference in flooding extent with a depth greater than 0,1 m in the model between the scenario with high infiltration and the scenario with low infiltration was 9,1 percentage points. Several new properties and infrastructure were affected in the scenario when no infiltration was used. In total 30% of the precipitation infiltrated in the model in the scenario with low infiltration, 49% infiltrated in the scenario with literature values for the curve number value, and 66% of the precipitation infiltrated in the scenario with high infiltration. Since the infiltration is highly dependent on the classification of the soils in the model no overall conclusion could be drawn on which infiltration scenario that is best suited for a cloudburst model in general when the SCS curve number method is used to model infiltration.

Från om med 1 januari 2024 ska alla kommuner ha en vattentjänstplan. En vattentjänstplan ska innehålla varje kommuns långsiktiga plan för att tillgodose allmänna vattentjänster i framtiden samt åtgärder som behöver vidtas vid skyfall för att skydda VA-anläggningar. Lagändringen infördes 1 januari 2023 vilket har gett kommuner en snäv tidsplan att ta fram denna plan. Arbetet har undersökt vad vattentjänstplanen i Västerås kommun behöver innehålla för att uppfylla kravet om åtgärder vid skyfall, identifiera punkter i spill- och dagvattennätet som potentiellt är sårbara för skyfall och ge förslag på skyfallsåtgärder. För att uppfylla syftet har en risk- och sårbarhetsanalys utförts för att identifiera punkter i spill- och dagvattennätet som är sårbara för skyfall. Analysen inkluderade en workshop med nyckelpersoner på Mälarenergi Vatten AB och en riskmatris som användes som bedömningsunderlag. Från riskmatrisen identifierades punkter som var potentiellt sårbara för skyfall och en lågpunktskartering utfördes i SCALGO Live på utvalda punkter. De regnhändelser som utfördes i karteringen var 10-, 20- och 100-årsregn. Lågpunktskarteringen jämfördes även med en skyfallskartering med markavrinning och ledningsnät, vilket är en kartering av hög detaljeringsgrad, för att undersöka ifall lågpunktskartering kan vara lämpligt underlag till en vattentjänstplan. Resultatet av risk- och sårbarhetsanalysen var att sju punkter, som gavs som förslag under workshopen, hade höga riskvärden och var potentiellt sårbara för skyfall. Tre av sju punkter valdes till vidare analys: Branthovda, Skiljebo och Önsta-Gryta, alla belägna i Västerås tätort. Samtliga av dessa tre punkter var i dagvattennätet. Lågpunktskarteringen i SCALGO Live som utfördes över dessa tre punkter visade stora översvämningar vid ett 100-årsregn. Skyfallsåtgärder som föreslogs för platserna var magasinerings ytor och skyfallsled. Vid jämförelse av lågpunktskartering och skyfallskartering med markavrinning och ledningsnät visade skyfallskarteringen en mindre översvämning för Branthovda och Skiljebo. I Önsta-Gryta var skillnaden mellan karteringarna minimal. Detta var då skyfallskarteringens resultat visar på att dagvattenledningarna i området var överbelastade redan vid ett 10-årsregn, vilket liknade villkoret i lågpunktskarteringen att dagvattenledningarna antas vara fulla. Med detta kan endast en lågpunktskartering visa ett områdes potential till att var sårbara för skyfall, men säger inget om hur spill- eller dagvattennätet påverkas. Dock kan en lågpunktskartering hjälpa till att identifiera områden i tätorter som skulle kunna vara sårbara för översvämningar. / As of January 1st, 2024, all municipalities must have a water service plan. A water service plan must contain each municipality's long-term plan to provide public water services in the future and solutions that need to be taken in the event of a cloudburst to protect water and sewage facilities. The change in law was introduced on January 1st, 2023, which has given municipalities a tight timetable to develop this plan. The study has investigated what the water service plan in Västerås municipality needs to contain in order to fulfill the requirement for solutions in the event of cloudbursts, identify points in the waste and stormwater network that are potentially vulnerable to cloudbursts, and provide suggestions for torrential rain measures. In order to fulfill the purpose, a risk and vulnerability analysis has been carried out to identify points in the waste and stormwater network that are potentially vulnerable to cloudbursts. The analysis included a workshop, with key individuals at Mälarenergi Vatten AB, and a risk matrix that was used as an assessment basis. From the risk matrix, points that were potentially vulnerable to cloudbursts were identified and a low-point mapping was performed in SCALGO Live at the selected points. The rain events performed in the mapping were 10-, 20- and 100-year rainfalls. The low-point mapping was compared with a cloudburst mapping with land runoff and conduit network, which is a mapping with a high degree of detail, to investigate whether low-point mapping can be a suitable basis for a water service plan. The result of the risk and vulnerability analysis was that seven points, which were given as suggestions during the workshop, had high-risk values and were potentially vulnerable to cloudbursts. Three out of the seven points were selected for further analysis: Branthovda, Skiljebo, and Önsta-Gryta, all of them located in Västerås city. All of these sensitive points were in the stormwater network. The low-point mapping in SCALGO Live performed over these three points showed major flooding during a 100-year rainfall event. The proposed cloudburst solutions for the sites were storage areas and cloudburst roads. When comparing low-point mapping and cloudburst mapping with ground runoff and conduit networks, the cloudburst mapping showed a minor flood for Branthovda and Skiljebo. In Önsta-Gryta, the difference between the mappings was minimal. This was due to the results of the cloudburst mapping showing that the stormwater pipes in the area were overloaded even with a 10-year rain, which was similar to the condition in the low-point mapping that the stormwater pipes are assumed to be filled. With this, only a low point mapping can show an area's potential for being vulnerable to cloudbursts but does not say anything about how the waste or stormwater network is affected. However, low point mapping can help identify areas in built-up areas that could be vulnerable to flooding.

Intense but short-term cloudbursts may cause severe flooding in urban areas. Such short-term cloudbursts mostly are of convective character, where the rain intensity may vary considerably within relatively small areas. Using uniform design rains where maximum intensity is assumed over the whole catchment is common practice in Sweden, though. This risks overestimating the hydraulic responses, and hence lead to overdimensioning of stormwater systems. The objective of this study was to determine how the hydraulic response to cloudbursts is affected by the spatial variation of the rain in relation to the catchment size, aiming to enable improved cloudburst mapping in Sweden. Initially, the spatial variation of heavy rains in Sweden was investigated by studying radar data provided by SMHI. The distribution of rainfall accumulated over two hours from heavy raincells was investigated, based on the assumption that the intensity of convective raincells can be approximated as spatially Gaussian distributed. Based on the results, three Gaussian test rains, whose spatial variation was deemed a representative selection of the radar study, were created. In order to investigate how the hydraulic peak responses differed between the Gaussian test rains and uniform reference rains, both test and reference rains were modeled in MIKE21 Flow model. The modelling was performed on an idealised urban model fitted to Swedish urban conditions, consisting of four nested square catchments of different sizes. The investigated hydraulic peak responses were maximum outflow, proportion flooded area and average maximum water depth. In comparison with spatially varied Gaussian rains centered at the outlets, the uniform design rain with maximum rain volume overestimated the peak hydraulic response with 1-8%, independent of catchment size. Uniform design rains scaled with an area reduction factor (ARF), which is averaging the rainfall of the Gaussian rain over the catchment, instead underestimated the peak response, in comparison with the Gaussian rains. The underestimation of ARF-rains increased heavily with catchment size, from less than 5 % for a catchment area of 4 km2 to 13 - 69 % for a catchment area of 36 km2. The conclusion can be drawn that catchment size ceases to affect the hydraulic peak response when the time it takes for the whole catchment to contribute to the peak response exceeds the time it takes for the peak to be reached. How much the rain varies over the area which is able to contribute to the peak response during the rain event, can be assumed to decide how much a design rain without ARF overestimates the peak responses. If the catchment exceeds this size, an ARF-scaled rain will underestimate the peak responses. This underestimation is amplified with larger catchments. The strong pointiness of the CDS-hyetograph used in the study risks underestimating the differences in hydraulic peak responses between the test rains and a uniform rain without ARF, while the difference between test rains and uniform rains with ARF risks being overestimated. / Intensiva men kortvariga skyfall kan orsaka omfattande översvämningsproblematik i urbana områden. Trots att sådana kortvariga skyfall oftast är av konvektiv karaktär, där regnintensiteten kan variera avsevärt inom relativt små områden, används idag uniforma designregn där maxintensitet antas över hela avrinningsområdet. Detta riskerar att leda till en överskattning av hydrauliska responser, och följaktligen överdimensionering av dagvattensystem. Denna studie syftar till att utreda hur den hydrauliska responsen av skyfall påverkas av regnets spatiala variation, i relation till avrinningsområdets storlek. Ytterst handlar det om att möjliggöra förbättrad skyfallskartering i Sverige. Initialt undersöktes den spatiala variationen hos kraftiga regn i Sverige, genom en studie av radardata tillhandahållen av SMHI. Utbredningen av regnmängd ackumulerad över två timmar från kraftiga regnceller undersöktes utifrån antagandet att intensiteten hos konvektiva regnceller kan approximeras som spatialt gaussfördelad. Baserat på resultatet skapades tre gaussfördelade testregn vars spatiala variation ansågs utgöra ett representativt urval från radarstudien. För att undersöka hur de hydrauliska responserna skiljer sig åt mellan de gaussfördelade testregnen och uniforma referensregn, modellerades såväl test- som referensregn i MIKE 21 Flow model. Modelleringen utfördes på en idealiserad stadsmodell anpassad efter svenska urbana förhållanden, bestående av fyra nästlade kvadratiska avrinningsområden av olika storlekar. De hydrauliska responser som undersöktes var maximalt utflöde, maximal andel översvämmad yta samt medelvärdesbildat maximalvattendjup, alltså toppresponser. Jämfört med spatialt varierade gaussregn centrerade kring utloppen överskattade ett uniformt designregn med testregnens maximala volym de hydrauliska toppresponserna med 1-8 %, oberoende av avrinningsområdets storlek. Uniforma designregn skalade med area reduction factor (ARF), vilken medelvärdesbildar gaussregnets nederbörd över avrinningsområdet, underskattade istället toppresponsen jämfört med gaussregnen. ARF-regnets underskattning ökade kraftigt med avrinningsområdets storlek, från mindre än 5 % för ett avrinningsområde på 4 km2, till 13 - 69 % för ett avrinningsområde på 36 km2. Slutsatsen kan dras att avrinningsområdets storlek upphör att påverka den hydrauliska toppresponsen, då tiden det tar för hela avrinningsområdet att samverka till toppresponsen överstiger tiden till denna respons. Hur mycket regnet varierar över det område som under regnhändelsen hinner samverka till toppresponsen, kan antas avgöra hur mycket ett designregn utan ARF överskattar toppresponserna. Överstiger avrinningsområdet denna storlek kommer ett ARF-regn att underskatta toppresponserna, och underskattningen förstärks med ökande avrinningsområdesstorlek. Den kraftiga temporala toppigheten hos den CDS-hyetograf som användes i studien riskerar att underskatta skillnaderna i hydraulisk topprespons mellan testregnen och ett uniformt regn utan ARF, medan skillnaden mellan testregn och uniforma regn med ARF istället riskerar att överskattas.